CC BY
20УДК 58.01/07 :615.9172/9
Токсическое воздействие зарина на высшие растения
Масленников А.А., Демидова С.А.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт гигиены, токсикологии и профпатологии» ФМБА, г Волгоград
Проведены экспериментальные исследования фитоток- ния, недействующие концентрации сического действия зарина при его содержании в трёх различных типах почв. Для каждого типа почвы установлены пороговые и подпороговые концентрации токсиканта по транслокационному показателю вредности.
Ключевые слова: зарин, модельные почвы, высшие расте-
Введение. В последние десятилетия выбросы высокотоксичных химических веществ в окружающую среду, как в непредумышленных случаях - во время уничтожения химического оружия, так и в случае применения террористами представляют значительную угрозу для объектов окружающей среды, в том числе и почвы.
Данная проблема особенно актуальна при уничтожении фос-форорганических отравляющих веществ нервно - паралитического действия (включая зарин) [1 - 5].
Загрязнение почвы токсикантами представляет собой особую опасность, так как происходит нарушение нормального функционирования и основных характеристик почвы, т. е - функции самоочищения, а также сохранения биологической активности.
Растения, произрастающие на загрязненной почве, способны сорбировать экзогенные химические вещества. При употреблении в пищу, такие растения могут оказывать негативное воздействие на организм человека и животных [6 - 8].
Цель исследований заключалась в экспериментальном обосновании пороговых и подпороговых концентраций зарина по транслокационному показателю вредности при его содержании в трёх различных типах почв.
Работа выполнена по договору с Международным научно-техническим центром (МНТЦ, Москва) при финансовой поддержке канадской стороны.
Материалы и методы исследования. В процессе проведения опытов использован изопропилметилфторфосфонат (зарин) с массовой долей основного вещества 95,0%.
При выборе типов почв руководствовались следующим. Один из грунтов должен являться модельным почвенным эталоном (МПЭ), обладающим максимальной фильтрацией и минимальной сорбционной способностью. Общеизвестно, что из всех типов почв таким требованиям удовлетворяет песчаный грунт, который одновременно проявляет минимальные деструктивные особенности в отношении попадающих в неё химических веществ, вследствие основных физико-химических характеристик, таких как нейтральная рН и низкий показатель органического углерода [9, 10].
Помимо указанного, по договорённости с финансирующей стороной, необходимо было выбрать типы почв РФ, моделирующие почвы прерий и смешанных лесов Канады. Таким требованиям по основным физико - химическим характеристикам удовлетворяет почва степной зоны Нижнего Поволжья (модельная почва прерий - МПП), а так же лесная почва республики Удмуртия (модельная почва лесов - МПЛ).
Исследования фитотоксического действия зарина проводили в соответствии с действующими «Методическими рекомендациями...» [10].
Предварительно оценивали необходимые физико-химические свойства всех модельных почв: полную влагоемкость, содержание углерода по Тюрину, рН водной вытяжки [9, 10].
В качестве тест - объектов в опытах на всхожесть и рост корневой системы использовали семена сельскохозяйственных растений широко представленных в пищевом рационе человека:
злаковые (пшеница), корнеплоды (свекла), бобовые (фасоль) и овощные (кабачки), имевшие сертификат качества. Исследования проводили в чашках Петри. Схема выполнения опытов была стандартной и сводилась к следующему. В каждую стерильную чашку, содержащую 50,0 г одного из модельных типов почв покрытой простерилизованным фильтром, помещали семена растений по 10 штук. Затем вносили вещество, содержащееся в отстоянной дехлорированной воде, в заданных концентрациях; для контроля - адекватное количество отстоянной воды для доведения МПЭ, МПЛ и МПП до полной влагоёмкости. Сверху семена накрывали простерилизованным фильтром. Чашки помещали в климатическую камеру для роста растений - MLR-351H (Sanyo) с поддержанием среднесуточной температуры 230С и относительной влажности воздуха 50 — 70%.
Учет всхожести семян проводили на 3-и сутки по появлению проростков от общего их количества и в сопоставлении с контрольными образцами.
Длину корней измеряли на 3-и и 7-е сутки после внесения хи-магента в модельные почвы. При этом фиксировали не только размер, но и общий вид корней: окраску, форму, разветвленность [9, 10].
Критериально значимыми считались отклонения показателей в опыте, выходившие за пределы 20% отличий от соответствующих контрольных значений [10].
Для оценки вариабельности показателей в группах, полученные в процессе исследований результаты статистически обрабатывали с использованием критерия t - Стьюдента-Фишера [11].
Результаты и обсуждение. В процессе проведения исследований установлено, что токсикант при его содержании в МПЭ в концентрации 1,0 мг/кг оказывал отрицательное воздействие на всхожесть семян тест - растений (кроме семян кабачков, которые в этой связи были исключены из дальнейших исследований), проявившееся в существенном снижении, относительно контроля, численности вызревающих зёрен (таблица 1). Присутствие зарина в субстрате в концентрации — 1,010-1 мг/кг сопровождалось угнетением всхожести только семян - свеклы (табл. 1).
При снижении уровня химагента в МПЭ до 1,010-2 мг/кг достоверных отличий проб от контроля не зарегистрировано.
С учётом действующих уровней токсиканта в вышеописанном опыте, при постановке экспериментов с МПП токсическое влияние зарина на всхожесть семян тест-растений оценивали в диапазоне концентраций от 1,010-1 до 2,010-3 мг/кг.
Анализ выполненных исследований показал, что вещество проявляло негативное воздействие только на всхожесть семян свеклы на уровне 1,010-1 мг/кг (табл. 1).
Оценка влияния зарина, содержащегося в МПЛ, (уровни 3,0 10" 1, 1,010-1 и 5,010-2 мг/кг) на всхожесть семян тест - растений позволила установить его токсическое воздействие в двух наибольших концентрациях только на свеклу (табл. 1), что в сопоставлении с вышеописанными опытами с использованием других типов модельных почв указывает на ее высокую чувствительность к влиянию изучаемого фосфорорганического соединения.
Токсикологический вестник №б (117)
Характеристику токсического действия химагента, содержащегося в МПЭ, на рост и развитие корневой системы высших растений проводили в 2-х независимых сериях опытов.
В первой серии экспериментов при выборе уровней токсиканта исходили из общепринятых подходов, в соответствии с которыми исследования начинают с учётом тех концентраций вещества, которые оказались эффективными в опытах на всхожесть семян [11]. Основываясь на этом, действие зарина испытывали в концентрациях от 1,0 до 5,0 10-2 мг/кг. В ходе проведения исследований установлено, что на 3 сутки вещество во всех уровнях оказывало явное токсическое влияние на корневую систему всех культур, вследствие чего эксперимент был прекращён, а поиск пороговой и подпороговой концентраций продолжен во второй серии опытов. При этом действие токсиканта испытывали на уровнях 2,510-2 мг/кг и 1,0 10-2 мг/кг.
Результаты эксперимента приведены в
табл. 2.
Анализ представленных данных позволил установить, что вещество в концентрации 2,5 10-2 мг/кг вызывало достоверное замедление роста корней всех тест-растений на 3 сутки, а фасоли до 7 суток эксперимента.
В тоже время зарин при содержании в МПЭ в концентрации 1,0 10-2 мг/кг не оказывал вредного воздействия на динамику роста корней тест - растений.
Исходя из того, что токсикант в концентрации 2,5 10-2 мг/ кг вызывал минимальное изменение роста корней высших растений, данный уровень вещества принят в качестве порогового по транслокационному показателю вредности. Соответственно в качестве подпороговой (недействующей) концентрации зарина в МПЭ по фитотоксическому эффекту установлена величина 1,0 10"2 мг/кг.
В ходе выполнения экспериментальных работ по воздействию вещества, внесённого в МПЛ в концентрациях 1,0 10-1, 5,0 10-2 и 2,0-10"2 мг/кг, на корневую систему растений установлено значи-
тельное достоверное угнетение развития корней свеклы на 7-е сутки исследований при содержании зарина в почве в двух больших уровнях (до 47,91 %). Кроме того, в этот же срок токсикант в концентрации 1,010-1 мг/кг приводил к статистически значимому торможению роста корней семян пшеницы (табл. 2).
При снижении уровня содержания вещества в МПЛ до 2,0 10-2 мг/кг межгрупповых различий в росте и развитии корневой системы растений не зарегистрировано.
На основании представленных данных сделано заключение о том, что в рамках проведённого эксперимента по токсическому влиянию зарина на рост и развитие корневой системы семян тест - растений, внесённых в МПЛ, минимально действующей (пороговой) концентрацией токсиканта является величина 5,010-2 мг/кг.
Соответственно максимально недействующая (подпороговая) концентрация вещества составляет 2,0 10-2 мг/кг.
Основываясь на выше представленных данных и учитывая особенности МПП (суглинистая почва с ухудшенными воздушно - и водно-миграционными свойствами), в процессе постановки данной серии опытов токсическое действие отравляющего вещества оценивали в следующих концентрациях: 5,0 10-2 мг/ кг, 5,010-3 мг/кг и 2,010-3 мг/кг. В ходе исследований зарегистрировано достоверное снижение роста корневой системы семян кабачков при содержании токсиканта в модельной почве в двух больших уровнях на 7-е сутки опыта, а также пшеницы в концентрации 5,010-2 мг/кг на 3-и сутки эксперимента (табл. 2).
При содержании вещества в рассматриваемой модельной почве на уровне 2,0 10-3 мг/кг во всех тест - культурах достоверных отклонений в росте и развитии корней растений относительно контроля не установлено (табл. 2).
С учётом изложенного концентрация зарина 5,010-3 мг/кг, содержащегося в МПП, определена как пороговая, а уровень вещества 2,0 10-3 мг/кг - подпороговым (максимально недействующим) по влиянию на корневую систему тест - растений.
Анализ выполненных исследований свидетельствует о том, что
Таблица 1
Воздействие зарина, содержащегося в разных типах почв, на всхожесть семян тест - растений
Концентрация зарина в почве, мг/кг Тест - растения
Свекла Фасоль Кабачки Пшеница
всхожесть, % отличие от контроля, % всхожесть, % отличие от контроля, % всхожесть, % отличие от контроля, % всхожесть, % отличие от контроля, %
Модельный почвенный эталон
Контроль 84,00 - 80,00 - 98,00 - 60,00 -
1,0 0,00 100,00* 30,00 62,50* 80,00 18,37 40,00 33,33*
1,0 т-1 20,00 76,19* 90,00 12,50 90,00 8,16 50,00 16,67
1,010"2 75,00 10,71 71,00 11,25 92,00 6,12 56,00 6,67
Модельная почва прерий
Контроль 96,67 - 50,00 - 93,33 - 96,67 -
1,010-1 75,00 22,42* 56,00 12,00 90,00 3,57 80,00 17,24
1,010"2 83,33 13,80 45,00 10,00 90,00 3,57 90,00 6,90
2,0 10-3 93,33 3,45 43,33 13,34 96,67 3,58 86,67 10,34
Модельная почва лесов
Контроль 80,00 - 90,00 - 93,33 - 86,67 -
3,0-Ю-1 60,45 24,44* 96,67 7,41 93,33 0,00 83,33 3,85
1,0-Ш"1 63,07 21,16* 85,00 5,56 100,00 7,15 73,33 15,39
5,010-2 95,0 0 18,75 83,33 7,41 93,33 0,00 81,67 5,77
Примечание: символом (*) отмечены достоверные отличия, выходящие за пределы соответствующих критериальных значений
зарин при его содержании в различных типах почв оказывает наиболее негативное воздействие на высшие растения, присутствуя в МПП (степная зона Нижнего Поволжья), вероятно вследствие ухудшенной его миграции в воздух и воду, из-за физико-химических свойств данного типа почв, а также минимального содержания органики, способствующей повышению его деструкции.
По степени опасности загрязнения токсикантом рассмотренные типы почв распределены следующим образом: МПП > МПЭ > МПЛ.
Помимо указанного следует отметить, что в процессе выполнения опытов зарин оказывал угнетающее воздействие только на рост корневой системы тест - растений, не изменяя при этом цветность, форму и разветвленность корней. Этот факт полностью согласуется с данными, полученными при оценке влияния на растения другого производного метилфторфосфоновой кислоты - зо-мана [12], что свидетельствует об однотипном характере фитоток-сических проявлений данных фосфорорганических отравляющих веществ.
Таблица 2
Воздействие зарина, содержащегося в разных типах почв, на динамику роста корней тест - растений, мм
Тест-культура Концентрация зарина, мг/кг Период наблюдения, сутки
3-и 7-е
М±т Отличие от контроля,% М±т Отличие от контроля,%
Модельный почвенный эталон
Пшеница Контроль 6,48±0,62 - 13,06±0,98 -
2,5 10-2 5,05±0,41 22,07* 12,78±1,18 2,14
1,010-2 6,24±0,71 3,70 12,14±1,12 7,04
Фасоль Контроль 3,03±0,41 - 9,43±0,85 -
2,5 10-2 1,72±0,86 43,23* 6,40±0,52 32,13*
1,010-2 2,68±0,12 11,55 7,75±1,18 17,82
Свекла Контроль 3,78±0,56 - 9,06±0,59 -
2,5 10-2 2,89±0,33 23,54* 8,68±0,68 4,19
1,010-2 3,15±0,11 16,67 8,42±0,45 7,06
Модельная почва лесов
Свекла Контроль 2,56±0,14 - 7,66±0,34 -
1,010"1 2,56±0,93 0,00 3,99±0,17 47,91*
5,010-2 2,52±0,19 1,56 4,28±0,26 44,12*
2,010-2 2,57±0,05 0,39 6,37±0,32 16,84
Фасоль Контроль 1,85±0,25 - 12,10±0,97 -
1,0-Ю"1 1,67±0,20 9,73 12,70±0,87 4,96
5,010-2 1,89±0,16 2,16 11,47±0,91 5,21
2,010-2 1,93±0,02 4,32 11,75±0,93 2,89
Кабачки Контроль 5,32±0.26 - 12,74±0,97 -
1,0-Ю"1 5,15±0,17 3,20 15,18±0,83 19,15
5,010-2 4,69±0,31 11,84 13,07±0,94 2,59
2,010-2 5,47±0,24 2,82 13,75±0,87 7,93
Пшеница Контроль 5,12±0,25 - 10,69±1,03 -
1,0-Ю"1 5,95±0,17 16,21 7,60±0,23 28,91*
5,010-2 5,91±0,20 15,43 9,74±0,43 8,89
2,010-2 5,24±0,25 2,34 10,77±0,76 0,75
Токсикологический вестник №б (117)
Тест-культура Концентрация зарина, мг/кг Период наблюдения, сутки
3-и 7-е
М±т Отличие от контроля,% М±т Отличие от контроля,%
Модельная почва прерий
Свекла Контроль 2,08±0,02 - 3,49±0,14 -
5,010-2 1,69±0,06 18,75 2,87±0,16 17,76
5,010-3 2,34±0,14 12,50 3,43±0,21 1,72
2,010-3 1,75±0,06 15,86 3,83±0,21 9,74
Фасоль Контроль 1,11±0,23 - 9,80±0,56 -
5,010-2 1,19±0,18 7,21 11,16±0,95 13,88
5,010-3 1,21±0,07 9,01 10,83±0,89 10,51
2,010-3 1,13±0,09 1,80 10,01±1,06 2,14
Кабачки Контроль 7,28±0,43 - 12,31±0,96 -
5,010-2 6,45±0,34 11,40 7,83±0,79 36,39*
5,010-3 6,08±0,54 16,48 9,73±0,74 20,96*
2,010-3 6,22±0,53 14,56 13,26±0,94 7,72
Пшеница Контроль 4,09±0,23 - 7,94±0,45 -
5,010-2 3,00±0,11 26,65* 9,14±0,68 15,11
5,010-3 4,04±0,23 1,22 8,20±0,64 3,27
2,010-3 4,13±0,35 0,98 7,17±0,53 9,70
Примечание: символом (*) отмечены достоверные отличия, выходящие за пределы соответствующих критериальных значений
Выводы.
1. Зарин при содержании в различных типах почв оказывает токсическое воздействие на всхожесть семян, а так же рост и развитие корневой системы исследованных высших растений.
2. Наиболее чувствительным видом семян тест - растений на всхожесть к действию хемотоксиканта оказалась свекла, которая может быть рекомендована в качестве тест - объекта при скринин-говой экспресс - оценке фитотоксического действия токсиканта.
Для использованных в опытах типов почв установлены следующие подпороговые концентрации зарина по воздействию на рост и развитие корневой системы высших растений: МПЭ - 1,0 ■ 10-2 мг/кг, МПП - 2,0 ■ 10"3 мг/кг; МПЛ - 2,0 ■ 10-2 мг/кг.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 1. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие / В.Ф. Протасов
- М.: Финансы и статистика, 2005. 670 с.
2. 2 Садовникова, Л. К. экология и охрана окружающей среды фи химическом загрязнении / Л. К. Садовникова - 3-е щд, перераб. - М.: Высшая школа, 2006. - 336 с.
3. 3. Стрельников, В. В. Экологическая тжсикшогия / В. В. Стрелшнков; под ред. Стрельникова В. В., Хмары И. В. - Краснодар: Типогр. КубГАУ-2004.-248 с.
4. 4. Российская Федерация. Законы. Об уничтожении химического оружия стг 2 мая 1997г, № 76 - ФЗ : федер. закш : [фигат Гос. Думой 7 апреля 1997 г. : одобр. Советом Федерации 15 апреля 1997 г]. - [2-е над]. М.: Приор, 1997. 37 с.
5. 5. Конвенция о запрещении химического оружия. Проблемы ратификации // Химическое оружие и проблемы его уничтожения. - 1996. - № 2 - С. 5 — 9.
6. 6. Мельников, Н. Н. Пестивдцы и окружающая среда / Н. Н. Мельников, А. И. Валков, О. А. Кракова - М.: Химия, 1977.
- 240 с.
7. 7. Орлов, Д С. Химия почв / Д С. Орлов, Л К. Садовникова, Н. И. Суханова. - М.: Высшая школа - 2005. - 300 с.
8. 8. Минеев, В. Г. Агрохимия, биология и экология почвы / В. Г. Минеев, Е. Х. Ремпе. - М.: Росагр^^м^^, 1990. - 206 с.
9. 9. Гончарук Е.И., Сидоренко ГИ. Гигиеническое нормирование химических веществ в почве: ^ководство. М.: Медицина, 1986. 132 с.
10. 10. Методические рекомендации по обосноважю ПДК химических веществ в потве. М., 1982. Изд. 2-е, Гос. №2609-82. 57 с.
11. 11. Беленький, М. Л. Элементы количественной оценки фармакологического эффекта / М. Л Беленький. - М.: Гос. щд мед. литературы, 1963. - 152с.
12. 12. Масленников, А. А. Воздейстше зомина на коревую систему шсших растений / А. А. Масленников, С. А. Демидова // Химическая и биологическая безопасность - М, 2006. - № 3 (27). - С. 22- 27.
Maslennikov A.A., Demidova S.A. Toxic effect of Sarin on higher plants
Research Institute of Hygiene, Toxicology, Occupational Pathology under the Federal Medico-Biological Agency, Volgograd
Experimental studies of sarin phytotoxic action in three different types of soil were carried out. For each type of soil the threshold and sub-threshold concentrations of the toxicant were determined basing on the harmfulness translocation index
Материал поступил в редакцию 01.04.2011 г.
СЪЕЗДЫ, КОНФЕРЕНЦИИ, СОВЕЩАНИЯ
Симпозиум «Актуальные проблемы химической безопасности», посвященного 20-летию со дня образования ФБуз «Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ» Роспотребнадзора
В соответствии с приказом Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 15.11.2012г. № 1098 ФБУЗ «Российским регистром потенциально опасных химических и биологических веществ» Роспо-требнадзора 5 декабря 2012 г. в г. Москве был проведен симпозиум «Актуальные проблемы химической безопасности», посвященный 20-летию со дня образования ФБУЗ «Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ» Роспотребнадзора (далее Российский регистр).
В работе симпозиума приняли участие 80 специалистов, представляющих органы и организации Роспотребнадзо-ра, РАМН, ФМБА России, РСПП, системы высшего про-
фессионального образования (1МГМУ им. И.М.Сеченова, ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И.Пирогова, РМАПО, МГУ им. М.В.Ломоносова, РХТУ им.Д.И.Менделеева), государственных и муниципальных учреждений здравоохранения и других организаций.
С вступительным словом к участникам симпозиума обратился основатель и первый директор Российского регистра, член-корреспондент РАМН Б.А.Курляндский, рассказывавший об образовании учреждения и о важной роли, которую пришлось ему сыграть в дальнейшем. Программа симпозиума включала следующие доклады
Актуальные медико-биологические аспекты химической
